JPH06238482A - 低水素系被覆アーク溶接棒 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、平均粒径を１１２〜２１２μm に
限定したグラファイトを使用することで、重力式１パス
溶接においても、大脚長が得られかつ等脚性が良好な被
覆アーク溶接棒を提供する。 【構成】 平均粒径が１１２〜２１２μm のグラファイ
ト０．１〜０．７％（重量％：以下同じ）、マグネシア
クリンカー３〜１４％、マグネサイト３〜１４％、金属
弗化物３〜１２％を含有する被覆剤を、水ガラスを用い
て鋼心線に塗布してなることを特徴とする低水素系被覆
アーク溶接棒。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、低水素系被覆アーク溶
接棒に関し、特に水平すみ肉溶接姿勢による重力式１パ
ス溶接で、大脚長が安定して得られかつ等脚性が良好な
被覆アーク溶接棒に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】マグネサイト−珪砂−蛍石を主成分とす
る４９０Ｎ／ｍｍ² 高張力鋼用低水素系被覆アーク溶接
棒（以下単に溶接棒と称す）は、炭酸石灰−蛍石を主成
分とする低水素系溶接棒に比べ、ビード形状が平滑でか
つアンダカットの発生が極めて少ないことから、船体構
造用鋼材の水平すみ肉姿勢による重力式１パス溶接に多
く用いられている。

【０００３】しかしながら近年、船舶が大型化されるに
従い使用される構造用鋼材は厚板化し、必然的に溶接棒
における溶接ビードも大脚長が要求され、かつ等脚性も
重要視されるようになってきている。ここで大脚長と
は、上脚長、下脚長共に８ｍｍ以上得られることをいい
（以下大脚長と言う）、等脚性とは上脚長と下脚長の比
率をいい、一般的には上脚長／下脚長が０．９以上であ
ることが望ましいとされる。以下の説明では等脚性ある
いは上脚長／下脚長で表す。

【０００４】このような状況下において、従来溶接棒を
用いて板厚３０ｍｍ程度の厚鋼板に水平すみ肉姿勢によ
る重力式１パス溶接を行うと、下脚長が大きく上脚長が
小さいビード、すなわち不等脚となり、目標とする大脚
長が得られないという大きな欠点を持っている。また、
水平すみ肉用溶接棒において、良好な大脚長、等脚性を
得る方法としては、１パスを重力式溶接法で溶接を行っ
た後、上脚長の不足分を２パス目の手溶接により補足す
る、いわゆる２パス溶接が行われるが、極めて非能率的
な方法であることから能率向上をめざす業界では大きな
問題点となっている。

【０００５】また、最近では溶接能率向上を目的として
炭酸ガス溶接用フラックス入りワイヤを用いて厚板の溶
接を行った場合においても、下脚長の止端部がオーバラ
ップ状となり大脚長が得られず、等脚性を満足させ得な
い状況にある。さらに、従来技術として、特開昭４９−
８７５４４号公報および特開昭５０−１０７４１号公報
にはＭｇＣＯ₃ やＳｉＯ₂ を主成分とする溶接棒におい
て、ビード形状を良好ならしめる方法が開示されている
が、本発明者等はこれらの実施例に基づいて棒径８ｍｍ
の溶接棒を試作し、大脚長および等脚性について調査し
たが、いずれも大脚長が得られず、かつ等脚性も期待し
た効果を得ることができなかった。

【０００６】一方、これ等の問題点を改善するために本
発明者らは、マグネサイト−珪砂−蛍石を主成分とした
被覆剤組成に高炭素フェロマンガンの平均粒径を制限す
ることによって大脚長、等脚性を改善できることがわか
り、鋭意研究をすすめてきたが、その後市場の要求がさ
らに厳しくなり、本技術では十分対応できなくなり、さ
らに大脚長かつ等脚性の安定化が望まれるようになって
きている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は従来の太径溶
接棒においてなし得なかった、大脚長が安定して得られ
かつ等脚性が良好な溶接棒を提供することを目的とした
ものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】以上のような状況から本
発明者らは、特に太径溶接棒の水平すみ肉溶接における
大脚長のビードが安定して得られかつ等脚性が良好な溶
接棒の開発について被覆剤組成及びグラファイトの平均
粒径の面から鋭意研究を進めてきた。その結果、使用す
るグラファイトの平均粒径を限定することにより、溶融
スラグの流動性が大幅に改善され、目標を達成できるこ
とがわかった。

【０００９】その状態の模式を図１及び図２に示す。図
１においてＡは高炭素フェロマンガンの平均粒径を制限
した溶接棒の溶融スラグの状態図で、１はスラグ、２は
溶融プールを示す図である。Ｂはグラファイトの平均粒
径を限定した溶接棒の溶融スラグの状態図で、１はスラ
グ、２は溶融プールを示す図である。

【００１０】図２Ａは高炭素フェロマンガンの平均粒径
を制限した溶接棒のビード形状を示し、３はビード、４
は鋼板である。Ｂはグラファイトの平均粒径を限定した
溶接棒のビード形状で、３はビード、４は鋼板である。
図１では高炭素フェロマンガンの平均粒径を制限した溶
接棒Ａに比べて、グラファイトの平均粒径を限定した溶
接棒Ｂでは、溶融スラグ１が溶融プールを細長く流動
し、溶融プール２の位置がビード上部に形成されるた
め、図２のＢに示すように従来溶接棒Ａに比べて大脚長
および等脚性が安定して得られるものと推定される。

【００１１】本発明者らは以上の結果及びその他被覆剤
組成の検討結果から、水平すみ肉溶接における溶接作業
性が良好で、すみ肉ビードの大脚長が安定して得られか
つ等脚性が良好な溶接棒を見出した。すなわち、本発明
の要旨とするところは平均粒径が１１２〜２１２μｍの
グラファイト０．１〜０．７％、マグネシアクリンカー
３〜１４％、マグネサイト３〜１４％、金属弗化物３〜
１２％を含有する被覆剤を、水ガラスを用いて鋼心線に
塗布してなることを特徴とする低水素系溶接棒にある。

【００１２】

【作用】以下に本発明を詳細に説明する。本発明溶接棒
の構成要件は次のような試験結果に基づくものである。
被覆剤の配合においてグラファイトの平均粒径を９５〜
２３０μｍの間で種々変化させて分割した。そして別途
準備した、ルチール１２．９％、珪砂１１．５％、蛍石
９．５％、二酸化マンガン３．５％、マグネシアクリン
カー１０．４％、マグネサイト１０．８％、フェロシリ
コン１．７％、鉄粉３５．１％、中炭素フェロマンガン
１．３％、マイカ２．２％、弗化リチウム０．４５％に
前記の平均粒径を分割したそれぞれのグラファイトを
０．６５％添加して乾式混合を行い、珪酸ソーダ（４７
ボーメ）２＋珪酸カリ（３８ボーメ）１の組合わせから
なる水ガラスを２２％添加して湿式混合を行った後、
Ｃ；０．０７％、Ｓｉ；０．０１％、Ｍｎ；０．５２
％、Ｐ；０．０１２％、Ｓ；０．００５％、Ｎ；０．０
１３％、残部Ｆｅからなる直径８ｍｍ、長さ７００ｍｍ
の鋼心線に被覆外径が１２．９ｍｍになるように通常の
押し出し式塗装機により塗装した。

【００１３】さらに高炭素フェロマンガンの平均粒径を
制限した溶接棒と本発明とを比較するため、高炭素フェ
ロマンガンの平均粒径を制限した溶接棒を試作した。先
ず高炭素フェロマンガンの平均粒径５０〜９０μｍの間
で種々変化させて分割し、別途準備した、二酸化マンガ
ン２．９％、ルチール９．７％、珪砂８．３％、蛍石
８．３％、マグネシアクリンカー１０．２％、マグネサ
イト７．９％、マイカ１．３％、酸化ジルコン０．４
％、フェロシリコン１．４％、鉄粉３６．４％、チタン
酸カリ０．４％、弗化リチウム０．４％、アルギン酸ソ
ーダ０．６％、中炭素フェロマンガン１．１％に、前記
の分割したそれぞれの高炭素フェロマンガンを１０．７
％添加して乾式混合を行い、珪酸ソーダ（４７ボーメ）
２＋珪酸カリ（３８ボーメ）１の組合わせからなる水ガ
ラスを２２％添加して湿式混合を行った後、Ｃ；０．０
６％、Ｓｉ；０．０１％、Ｍｎ；０．５１％、Ｐ；０．
０１１％、Ｓ；０．００６％、Ｎ；０．００１２％、残
部Ｆｅからなる直径８ｍｍ、長さ７００ｍｍの鋼心線に
被覆外径が約１２．８ｍｍになるように通常の押し出し
式塗装機により塗装した。

【００１４】両溶接棒共最高４００℃で乾燥を行った。
得られたそれぞれの試作溶接棒を用いて寸法が板厚３０
ｍｍ×幅１００ｍｍ×長さ１０００ｍｍでジンクリッチ
プライマーが約２０μｍになるように塗布した４９０Ｎ
／ｍｍ² 級高張力鋼材をＴ型すみ肉溶接ができるように
組立て、溶接電流３９０Ａ、運棒比（溶接ビードを消費
棒長で除した値を言う）は１．２倍で水平すみ肉重力式
１パス溶接を行った。

【００１５】その後、脚長ゲージを用いて上、下の脚長
を測定するとともに等脚性を算出し、さらにグラファイ
ト添加のものについてはビードから分析試料を採収して
〔Ｃ〕の化学分析を行った。尚、溶接金属の〔Ｃ〕量
は、０．１３％以下であれば高温割れが起きないことを
別途確認している。

【００１６】その結果を表１、表２（表１のつづき）、
表３、表４（表３のつづき）に示す。表１、２はグラフ
ァイトの平均粒径を制限した本発明例及び比較例を示
し、表３、４は高炭素フェロマンガンの平均粒径を制限
した溶接棒の適用例であるが、表１、２のグラファイト
を使用した本発明例と比較した場合、表１、２の本発明
例は等脚性が良好でかつ大脚長のビードが安定して得ら
れており、グラファイトの平均粒径が溶接ビードの等脚
性及び大脚長の安定性に大きく影響することを見出し
た。

【００１７】グラファイトの平均粒径を１１２〜２１２
μｍとしたのは表１、２から明らかなように１１２〜２
１２μｍの範囲内であれば溶接作業性が良好で上脚長、
下脚長共に目標とする８ｍｍ以上が得られかつ等脚性が
０．９以上で優れていること、さらには溶接金属の
〔Ｃ〕量も高温割れを起こさない限界量０．１３％以下
であることを根拠とするものである。

【００１８】

【表１】

【００１９】

【表２】

【００２０】

【表３】

【００２１】

【表４】

【００２２】グラファイトの平均粒径が１１２μｍ未満
では粒径が小さ過ぎるため溶接金属の〔Ｃ〕量は０．１
３％以下であるが、スラグの流動性が過小で不等脚かつ
大脚長が得られない。平均粒径が２１２μｍを超える場
合においては、大脚長が得られかつ等脚性も良好である
が、スラグの流動性が過大で棒先端にややからみ易くな
るので採用できない。

【００２３】さらに前記グラファイトの平均粒径と添加
量の関係を詳細に調査するためにグラファイトの平均粒
径が１１２〜２１２μｍのものを用い、配合比率を変化
させて通常用いられる低水素系被覆アーク溶接棒の被覆
組成となるように組合わせ、前記の鋼心線及び水ガラス
を用いて塗装し、最高温度４００℃で乾燥を行い、前記
と同様の試験を行った結果、平均粒径を１１２〜２１２
μｍに限定したグラファイトを０．１〜０．７％添加す
れば良好な結果が得られることを確認した。

【００２４】平均粒径を１１２〜２１２μｍに限定した
グラファイトの添加が０．１％未満では目標とする流動
形態にならないため、大脚長が安定して得られず、かつ
等脚性を満足させることはできない。一方、前記グラフ
ァイトの添加が０．７％を超えると、アーク切れが発生
しやすくなるとともに溶接金属の〔Ｃ〕量の歩留りが多
くなり、耐高温割れ性が劣化する。

【００２５】マグネシアクリンカーは、スラグの塩基度
及びスラグの粘性を調整するために添加するものである
が、３％未満ではその効果が得られない。一方、１４％
を超えて添加するとスラグの粘性が高くなりすぎてビー
ド形状を劣化させ、アークが不安定となる。マグネサイ
トは、アークの安定性に優れ、ＣＯ₂ 源として溶接金属
のシールド効果を発揮すると共にビード表面を滑らかに
する。３％未満では保護筒が形成されにくくピットも発
生しやすくなる。一方、１４％を超えるとスラグが流れ
やすくなり、正常なビード形状が得られない。

【００２６】金属弗化物は３％未満の添加ではスラグの
流動性が劣化し、ビード形状が凸状となる。一方、１２
％を超えると、被覆筒が浅くなり母材に短絡するので溶
接が困難となる。尚、上記の検討におけるグラファイト
の平均粒径はＪＩＳ Ｚ ８８０１に準じて各粒径間の
重量比率を求めた後、次式を用いて算出した。

【００２７】平均粒径Ｄ（μｍ）＝（Ｗ１×２９７＋Ｗ
２×２５４＋Ｗ３×１８０＋Ｗ４×１２７＋Ｗ５×９０
＋Ｗ６×６８＋Ｗ７×５３＋Ｗ８×２２）／１００ 但し各数字は測定ふるい間の平均粒径を示し、Ｗ１〜Ｗ
８は下記の意味を有する。 Ｗ１：２９７ μｍ以上のｗｔ％ Ｗ２：２９７〜２１０μｍのｗｔ％ Ｗ３：２１０〜１４９μｍのｗｔ％ Ｗ４：１４９〜１０５μｍのｗｔ％ Ｗ５：１０５〜 ７４μｍのｗｔ％ Ｗ６： ７４〜 ６２μｍのｗｔ％ Ｗ７： ６２〜 ４４μｍのｗｔ％ Ｗ８： ４４ μｍ未満のｗｔ％ また、前記被覆剤組成としてグラファイト、マグネシア
クリンカー、マグネサイト以外の被覆剤として金属弗化
物とは、蛍石、氷昌石、弗化バリウム、弗化アルミニウ
ム、弗化リチウム等を示す。本発明の他の被覆剤組成と
してはアーク安定剤としてルチール、チタン酸カリ、二
酸化マンガン、炭酸マンガン、脱酸剤及び合金剤として
はフェロシリコン、フェロマンガン、フェロチタン、ス
ラグ生成剤としては珪砂、石灰、ドロマイト、マイカ、
タルク等、溶着効率向上剤として鉄粉、水ガラスとして
は珪酸ソーダ、珪酸カリ等を用いる。

【００２８】

【実施例】鋼心線径８．０ｍｍのＪＩＳ Ｇ ３５２３
の１種１号に相当する心線に表５、表６（表５のつづ
き）、表７、表８（表７のつづき−１）に示す被覆剤の
組合せにより、被覆外径が約１２．９ｍｍになるように
して塗装し、最高温度４００℃×６０分の乾燥を実施し
た。得られたそれぞれの溶接棒を用い後述の溶接条件に
て溶接を行い、脚長、等脚性、スラグのからみ度合いを
含む一般的な溶接作業性及び溶接金属の〔Ｃ〕量を調査
した。その結果を表６、表９（表７のつづき−２）に示
す。

【００２９】（溶接条件） 試験板；４９０Ｎ／ｍｍ² 級鋼張力鋼板（３６ｔ×１０
０ｍｍｗ×１０００ｍｍｌ）無機ジンクリッチプライマ
２０μｍ塗布 重力式溶接機；市販品 溶接姿勢；１パス水平すみ肉溶接 溶接電流；３８０〜４００Ａ 運棒比；１．２ 尚、評価基準は大脚長においては上脚長、下脚長共に８
ｍｍを超えるものについては良好○印、下廻るものにつ
いては不良×印とした。

【００３０】等脚性については上脚長を下脚長で除した
値が０．９５以上のものを良好○印、０．９５を下廻っ
たものについては不良×印とした。スラグの流動性及び
一般の溶接作業性については従来棒と遜色のないものは
良好○印、劣るものを不良×印とした。溶接金属の
〔Ｃ〕量については０．１３％以下のものを良好、０．
１３％を超えるものについては不良とした。

【００３１】表５、表６（表５のつづき）の高炭素フェ
ロマンガンの平均粒径を制限した溶接棒の適用例である
Ｍ１〜Ｍ２は、高炭素フェロマンガンの平均粒径及び添
加量が適正であっても等脚性が安定しない例である。表
７、表８（表７のつづき−１）、表９（表７のつづき−
２）に示される本発明例である溶接棒Ｌ１〜Ｌ１２はグ
ラファイトの平均粒径及び添加量が適正であるため、大
脚長が安定して得られ、等脚性、溶接作業性が良好で溶
接金属の〔Ｃ〕が極めて良好な結果を示した。

【００３２】比較例の溶接棒では、Ｌ１３は、金属弗化
物の添加量が多過ぎるため被覆筒が浅くなり溶接棒が母
材に短絡して溶接が困難なため中断した。Ｌ１４は、金
属弗化物の添加量が少な過ぎるためスラグの流動性が悪
く、溶接作業性が劣化した。Ｌ１５は、マグネサイトの
添加量が多過ぎるためスラグの流動性が過大となり、ビ
ード形状が劣化した。

【００３３】Ｌ１６は、マグネサイトの添加量が少な過
ぎるため保護筒がもろくなり、溶接作業性が劣化した。
Ｌ１７〜Ｌ１８は、グラファイトの平均粒径が小さ過ぎ
るため溶接金属の〔Ｃ〕量は低めで良好であるが、スラ
グの流動性が過小で等脚性が劣化するとともに大脚長が
得られていない。

【００３４】Ｌ１９〜Ｌ２０は、グラファイトの添加量
が多過ぎるため大脚長が得られ等脚性は良好であるが、
スラグの流動性が過大で溶接棒先端にスラグがからみ、
溶接作業性が劣化した。Ｌ２１は、グラファイトの添加
量が少な過ぎるためスラグの流動形態が不具合で等脚性
が劣化した。

【００３５】Ｌ２２は、マグネシアクリンカーの添加量
が多過ぎるためスラグの粘性が高くなり過ぎてビード形
状が劣化し、アークも不安定となった。Ｌ２３〜Ｌ２４
は、マグネシアクリンカーの添加量が少な過ぎるためス
ラグの粘性が調整されず、溶接作業性及び等脚性が劣化
した。Ｌ２５〜Ｌ２６は、グラファイトの平均粒径が大
き過ぎるため大脚長が得られ、等脚性は良好であるが、
スラグの流動性が過大で溶接棒先端にスラグがからみ、
溶接作業性が劣化した。

【００３６】Ｌ２７は、グラファイトを全く添加しない
例であるが、スラグの流動性が劣化するとともに等脚性
が劣化し、大脚長が得られなかった。

【００３７】

【表５】

【００３８】

【表６】

【００３９】

【表７】

【００４０】

【表８】

【００４１】

【表９】

【００４２】

【発明の効果】以上のように本発明の溶接棒によれば水
平すみ肉姿勢による重力式１パス溶接においても、従来
の低水素系溶接棒のように上脚長の不足分を補う必要が
なく、大脚長が安定して得られかつ等脚性が良好である
ため溶接能率向上、作業工数の大幅な低減が計れること
により産業上寄与するところ大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ａは高炭素フェロマンガンの平均粒径を制限し
た溶接棒の溶融スラグの流動状態図、Ｂは本発明溶接棒
の溶融スラグの流動状態図である。

【図２】Ａは高炭素フェロマンガンの平均粒径を制限し
た溶接棒で溶接したすみ肉ビード形状の断面図、Ｂは本
発明溶接棒で溶接したすみ肉ビード形状の断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 溶融スラグ ２ 溶融プール ３ すみ肉ビード ４ 鋼板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平均粒径が１１２〜２１２μｍのグラフ
   ァイト０．１〜０．７％（重量％：以下同じ）、マグネ
   シアクリンカー３〜１４％、マグネサイト３〜１４％、
   金属弗化物３〜１２％を含有する被覆剤を、水ガラスを
   用いて鋼心線に塗布してなることを特徴とする低水素系
   被覆アーク溶接棒。